LoRa®是什么？

LoRa®是物理層或無線調(diào)制用于建立長距離通信鏈路。許多傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)使用頻移鍵控（FSK）調(diào)制作為物理層，因為它是一種實現(xiàn)低功耗的非常有效的調(diào)制。LoRa®是基于線性調(diào)頻擴頻調(diào)制，它保持了像FSK調(diào)制相同的低功耗特性，但明顯地增加了通信距離。線性擴頻已在軍事和空間通信領(lǐng)域使用了數(shù)十年，由于其可以實現(xiàn)長通信距離和干擾的魯棒性，但是LoRa®是第一個用于商業(yè)用途的低成本實現(xiàn)。

LoRa®的優(yōu)勢在于技術(shù)方面的長距離能力。單個網(wǎng)關(guān)或基站可以覆蓋整個城市或數(shù)百平方公里范圍。在一個給定的位置，距離在很大程度上取決于環(huán)境或障礙物，但LoRa®和LoRaWAN?有一個鏈路預(yù)算優(yōu)于其他任何標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)。鏈路預(yù)算，通常用分貝（dB為單位）表示，是在給定的環(huán)境中決定距離的主要因素。下面是部署在比利時是Proximus網(wǎng)絡(luò)覆蓋圖。隨著小量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實施，可以容易地覆蓋到整個國家。

LoRaWAN又是什么？

LoRaWAN?定義了網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，而LoRa®物理層能夠使長距離通訊鏈路成為可能。 LoRaWAN?自下而上設(shè)計，為電池壽命、容量、距離和成本而優(yōu)化了LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）。對于不同地區(qū)給出了一個LoRaWAN?規(guī)范概要，以及在LPWAN空間競爭的不同技術(shù)的高級比較。

LoRaWAN系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，個別終端節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點的信息，以增加網(wǎng)絡(luò)的通信距離和網(wǎng)絡(luò)區(qū)域規(guī)模大小。雖然這增加了范圍，但也增加了復(fù)雜性，降低了網(wǎng)絡(luò)容量，并降低了電池壽命，因節(jié)點接受和轉(zhuǎn)發(fā)來自其他節(jié)點的可能與其不相關(guān)的信息。當(dāng)實現(xiàn)長距離連接時，長距離星型架構(gòu)最有意義的是保護(hù)了電池壽命。

在LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點與專用網(wǎng)關(guān)不相關(guān)聯(lián)。相反，一個節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通常是由多個網(wǎng)關(guān)收到。每個網(wǎng)關(guān)將從終端節(jié)點接所接受到的數(shù)據(jù)包通過一些回程 (蜂窩、 以太網(wǎng)等)轉(zhuǎn)發(fā)到基于云計算的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。智能化和復(fù)雜性放到了服務(wù)器上，服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)和過濾冗余的接受到的數(shù)據(jù)，執(zhí)行安全檢查，通過最優(yōu)的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行調(diào)度確認(rèn)，并執(zhí)行自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率等。

電池壽命

在LoRaWAN?網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點是異步的通信的，當(dāng)其要發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的時候通信，無論是事件驅(qū)動還是時間調(diào)度。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或同步網(wǎng)絡(luò)，如蜂窩，節(jié)點必須經(jīng)常喚醒以同步網(wǎng)絡(luò)，并檢查消息。這個同步明顯消耗能量，是減少電池壽命第一推手。在最近一項研究中，GSMA對不同解決LPWAN空間的技術(shù)進(jìn)行了比較，LoRaWAN?比其他技術(shù)選擇有3到5倍的優(yōu)勢。

網(wǎng)絡(luò)容量

為了使遠(yuǎn)距離星型網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)，網(wǎng)關(guān)必須具有非常高的容量或性能，從大量的節(jié)點接收消息。高網(wǎng)絡(luò)容量利用自適應(yīng)的數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)關(guān)中的多通道多調(diào)制收發(fā)器實現(xiàn)，因此可以在多信道上同時接受消息。影響容量的關(guān)鍵因素是并發(fā)通道數(shù)、數(shù)據(jù)速率（空中時間）、負(fù)載長度以及節(jié)點如何經(jīng)常發(fā)送數(shù)據(jù)。因為LoRa®是基于擴頻調(diào)制，當(dāng)使用不同擴頻因子時，信號實際上是彼此正交。當(dāng)擴頻因子的發(fā)生變化，有效的數(shù)據(jù)速率也會發(fā)生變化。網(wǎng)關(guān)利用了這個特性，能夠在同一時間相同信道上接受多個不同的數(shù)據(jù)速率。

如果一個節(jié)點有一個好的連接并靠近網(wǎng)關(guān)，它沒有理由總是使用最低的數(shù)據(jù)速率，填滿可用的頻譜比它需要的時間更長。數(shù)據(jù)傳輸速率越高，在空氣中的時間就越短，可以為其他要傳送數(shù)據(jù)的節(jié)點開放更多的潛在空間。自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率也優(yōu)化了節(jié)點的電池壽命。

為使自適應(yīng)的數(shù)據(jù)速率工作，對稱的上行鏈路和下行鏈路要求有足夠的下行鏈路容量。這些特點使得LoRaWAN?有非常高的容量，網(wǎng)絡(luò)更具有可擴展性。用最少量的基礎(chǔ)設(shè)施可以部署網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)需要容量時，可以添加更多網(wǎng)關(guān)，變換數(shù)據(jù)速率，減少串音次數(shù)，可擴展6~8倍網(wǎng)絡(luò)容量。其他LPWAN技術(shù)沒有LoRaWAN?的可擴展性，緣于技術(shù)上的權(quán)衡，其限制了下行鏈路的容量，使下行鏈路距離與上行鏈路距離不對稱。

終端設(shè)備類型

A類（all）：

A類的終端設(shè)備允許雙向通信，因此每個終端設(shè)備的上行鏈路傳輸跟隨兩個短的下行鏈路接受窗口。傳輸時隙由終端設(shè)備調(diào)度，基于其自身的通訊需求并有一個基于隨機時基的微小變化（ALOHA類型協(xié)議）。對于在終端設(shè)備已發(fā)送一個上行鏈路傳輸后，僅需要從服務(wù)器下行鏈路簡短地通訊的應(yīng)用來說，這種A類操作是最低功耗的終端系統(tǒng)。在任何其他時間從服務(wù)器下行鏈路通訊必須等下一個調(diào)度的上行鏈路。

B類（beacon）：

除A類隨機接受窗口外，B類設(shè)備在調(diào)度時間上打開了額外的接受窗口。為使終端設(shè)備在調(diào)度時間上打開其接受窗口接受網(wǎng)關(guān)同步信標(biāo)一次。這允許服務(wù)器知道什么時候終端設(shè)備在偵聽。

C類（continuous）：

C類終端設(shè)備幾乎是連續(xù)地打開節(jié)接受窗口，僅在發(fā)送時關(guān)閉。